一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具及使用方法

1.本发明属于石油天然气开采行业修井领域，具体是一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具及使用方法。


背景技术：

2.我国大部分油田开采的原油都属于高含蜡原油(含蜡量》10％)，在原油生产过程中，由于地层温度、压力的改变以及原油中轻烃的析出，原本溶解在原油中的蜡质、沥青质以晶体形式析出并吸附在油管壁、套管壁及其他采油设备上。随着生产时间的增长，石蜡的沉积会导致油流通道变小，使油井产量下降，严重时甚至会造成油井停产。因此，为保证油气生产作业的正常进行，需定期对生产井进行清蜡除垢作业。
3.目前，国内外常用的清蜡除垢技术主要分为四类：热力清蜡除垢技术、机械清蜡除垢技术、化学清蜡除垢技术、物理场清蜡除垢技术。这些技术可以实现部分现场作业的需求，但总体清除效率不高，无法满足油气开采作业的需求。更重要的是目前现有的清蜡除垢工艺均依靠人力控制进行作业，作业效率和作业效果严重受作业人员经验和熟练程度的制约；此外，人工清蜡除垢作业操作周期长、作业精准度低，人为因素多，健康、安全和环境等方面相关问题也随之增多。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具及使用方法，以实现进行定点清除，避免清蜡除垢作业对作业人员经验的依赖，提高作业精度和作业效率，实现油井清蜡除垢智能化。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具，包括清蜡除垢短节、测量与传输系统、连续油管作业系统和地面监测控制系统，清蜡除垢短节包括短节本体、旋转导流装置、旋转导流驱动装置、限位装置和自适应清蜡系统，短节本体内设有中空的圆柱体，圆柱体内设有台肩，圆柱体内沿其周向设有若干的固定导流腔，若干的固定导流腔呈轴向分布，且若干的固定导流腔位于台肩下方，固定导流腔侧壁设有侧向清蜡喷嘴，自适应清蜡系统位于固定导流腔内，
6.旋转导流装置呈圆筒状，旋转导流装置侧壁设置有与固定导流腔对应的导流孔，导流孔直径与固定导流腔的直径相同，旋转导流驱动装置键连接于旋转导流装置底部，旋转导流驱动装置远离旋转导流装置一侧设有限位装置，限位装置与圆柱体固定连接，
7.测量与传输系统包括井下测量短节与传输电缆，井下测量短节内部设有中心流道，中心流道与井下测量短节之间设有传输电缆通道，传输电缆通道延伸至短节本体处，传输电缆通道从上至下依次设有电加热腔和传感器存储腔，传输电缆安装在清蜡除垢短节与井下测量短节的传输电缆通道中，并与连续油管系统的传输电缆连接，
8.连续油管作业系统包括连续油管、井下动力装置和连续油管钻头，连续油管与井下动力装置连接，井下动力装置连接与清蜡除垢短节连接，连续油管钻头连接于井下测量
短节远离清蜡除垢短节一侧。
9.地面监测控制系统包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块和数据处理模块安装在连续油管作业车上。
10.进一步，自适应清蜡系统包括滑动连接在固定导流腔内的液压滑板，液压滑板远离短节本体一侧固定连接有液压滑杆，液压滑杆远离液压滑板一端贯穿固定导流腔并螺纹连接有刮蜡翼肋，液压滑杆上套接有复位弹簧，复位弹簧的一端与液压滑板连接，复位弹簧另一端固定连接在固定导流腔内壁。
11.进一步，刮蜡翼肋为圆弧形，刮蜡翼肋内径与短节本体外径相同，刮蜡翼肋上设有硬质合金切削片。
12.进一步，导流孔沿旋转导流装置周向布置若干个，且导流孔沿旋转导流装置轴向布置若干排。
13.进一步，侧向清蜡喷嘴入口靠近固定导流腔与短节本体内部连接处，侧向清蜡喷嘴出口位于短节本体外壁。
14.进一步，旋转导流驱动装置为环形步进式电机，且旋转导流驱动装置与传输电缆连接；旋转导流驱动装置的内径与旋转导流装置的内径相同。
15.进一步，电加热腔内从左至右依次安装有导热元件、电加热组件、隔热绝缘体，传感器存储腔内从上至下依次安装有位置传感器、井径测量仪和压力传感器。且电加热腔和传感器存储腔上均设置有为电加热组件和传感器提供能量和传输井下数据的传输电缆接口。
16.进一步，短节本体上端设有公接头，短节本体通过公接头与井下动力装置螺纹连接，短节本体下端设有母接头，短节本体通过母接头与井下测量短节螺纹连接。
17.进一步，一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的使用方法，包括以下步骤，
18.步骤一，在现有连续油管作业系统中安装工具的地面监测控制系统；组装工具清蜡除垢短节，使工具导流孔与固定导流腔处于未连通状态；
19.步骤二，组装工具清蜡除垢短节与井下测量短节形成工具管串，将工具管串与连续油管作业系统的井下动力装置连接，同时连接工具的传输电缆和连续油管作业系统电缆；工具管串下端安装钻头，形成完整的入井管柱；
20.步骤三，接通电源开启地面监测控制系统，开启连续油管作业系统，利用连续油管作业系统下放管柱；
21.步骤四，井下测量短节开始工作，测量作业井内油管内径、压力及工具管串所在位置，井下测量短节获得数据通过传输电缆上传至地面监测控制系统；
22.步骤五，地面作业人员通过对比井下上传数据与作业井原始资料，若井下测量短节测得油管内径小于作业井原始油管内径，则判断该位置处存在结蜡结垢现象；
23.步骤六，地面作业人员通过地面监测控制装置下达指令，开启电加热组件，开始加热；同时开启旋转导流驱动装置，使旋转导流装置的导流孔与固定导流腔连通，在修井液压力作用下自适应清蜡装置的刮蜡翼肋短节本体向外推出与油管内壁接触；进行清蜡除垢作业；
24.步骤七，当井下测量短节测得井下数据与作业井原始数据一致时，认为该位置处清蜡除垢作业已完成；地面作业人员下达指令，关闭电加热组件；关闭旋转导流驱动装置，
切断导流孔与固定导流腔的连通，自适应清蜡装置的刮蜡翼肋收缩贴紧短节本体。
25.步骤八，继续下放管柱，重复步骤六和步骤七，即可完成全井筒的清蜡除垢作业
26.采用上述方案后实现了以下有益效果：(1)本发明通过设置地面监测控制系统能够准确的确定某一深度处油管的直径并将相关数据传输至地面，通过地面监测控制系统分析判断该深度是否存在结蜡、结垢；若存在结蜡结垢现象，则地面监测控制系统发出指令控制清蜡除垢短节及井下测量短节进行工作，从而实现进行定点清除，避免清蜡除垢作业对作业人员经验的依赖，提高作业精度和作业效率，实现油井清蜡除垢智能化。
27.(2)本发明的自适应清蜡系统利用修井液的压力实现刮蜡翼肋的自动伸出或收缩，能够匹配不同内径油管的清蜡除垢作业，降低了对地面设备的要求，节约作业成本；同时刮蜡翼肋上的硬质合金切削片及侧向清蜡喷嘴能够刮除、清洗附着在油管上的石蜡或结垢，有效实现清蜡除垢且效率高。
附图说明
28.图1是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的结构示意图；
29.图2是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的使用方法中的导流孔与固定导流腔连通时清蜡除垢短节结构示意图；
30.图3为图2的a部分放大图；
31.图4是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的使用方法中的导流孔与固定导流腔未连通时清蜡除垢短节示意图；
32.图5是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的旋转导流装置结构示意图；
33.图6是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的井下测量短节结构示意图；
34.图7是本发明实施例中基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的刮蜡翼肋结构示意图。
具体实施方式
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
36.说明书附图中的附图标记包括：地面监测控制系统1、清蜡除垢短节2、测量传输系统3、连续油管作业系统4、油管5、数据处理模块11、数据采集模块12、短节本体21、短节公接头22、传输电缆通道23、台肩24、旋转导流装置25、导流孔251、键槽252、固定导流腔26、短节母接头27、自适应刮蜡清蜡系统28、液压滑板281、液压滑杆282、刮蜡翼肋283、硬质合金切削片2831、复位弹簧284、旋转导流驱动装置29、限位装置210、侧向清蜡喷嘴211、井下测量短节31、传输电缆32、电加热腔33、导热元件331、电加热组件332、隔热绝缘体334、传感器存储腔34、位置传感器341、井径测量仪342、压力传感器343、中间流道35、连续油管41、井下动力装置42、连续油管钻头43。
37.实施例基本如附图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示：一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具，包括清蜡除垢短节2、测量与传输系统、连续油管作业系统4和地面监测控制系统1，清蜡除垢短节2包括短节本体21、旋转导流装置25、旋转导流驱动装置29、限位
装置210和自适应清蜡系统，短节本体21内设有中空的圆柱体，圆柱体内设有台肩24，圆柱体内沿其周向设有若干的固定导流腔26，若干的固定导流腔26呈轴向分布，且若干的固定导流腔26位于台肩24下方，固定导流腔26侧壁对称设有侧向清蜡喷嘴211，侧向清蜡喷嘴211入口靠近固定导流腔26与短节本体21内部连接处，侧向清蜡喷嘴211出口位于短节本体21外壁，侧向清蜡喷嘴211与固定导流腔26轴线的夹角为45
°
，自适应清蜡系统位于固定导流腔26内，
38.旋转导流装置25呈圆筒状，且旋转导流装置25安装在短节本体21内部，其上部与台肩24连接，下部设置有键槽252，旋转导流装置25与旋转导流驱动装置29通过键槽252连接，旋转导流装置25侧壁设置有与固定导流腔26对应的导流孔251，导流孔251直径与固定导流腔26的直径相同，导流孔251沿旋转导流装置25周向布置若干个，且导流孔251沿旋转导流装置25轴向布置若干排，旋转导流驱动装置29远离旋转导流装置25一侧设有限位装置210，限位装置210与圆柱体固定连接，旋转导流驱动装置29为环形步进式电机，且与传输电缆32连接，旋转导流驱动装置29的内径与旋转导流装置25的内径相同，
39.自适应清蜡系统包括滑动连接在固定导流腔26内的液压滑板281，液压滑板281远离短节本体21一侧固定连接有液压滑杆282，液压滑杆282远离液压滑板281一端贯穿固定导流腔26并螺纹连接有刮蜡翼肋283，刮蜡翼肋283为圆弧形，刮蜡翼肋283内径与短节本体21外径相同，刮蜡翼肋283上设有硬质合金切削片2831，液压滑杆282上套接有复位弹簧284，复位弹簧284的一端与液压滑板281连接，复位弹簧284另一端固定连接在固定导流腔26内壁，
40.测量与传输系统包括井下测量短节31与传输电缆32，井下测量短节31内部设有中心流道，中心流道的直径与旋转导流装置25、旋转导流驱动装置29内径相同，中心流道与井下测量短节31之间设有传输电缆通道23，传输电缆通道23延伸至短节本体21处，传输电缆通道23从上至下依次设有电加热腔33和传感器存储腔34，传输电缆32安装在清蜡除垢短节2与井下测量短节31的传输电缆通道23中，并与连续油管41系统的传输电缆32连接，电加热腔33内从左至右依次安装有导热元件331、电加热组件332、隔热绝缘体334，导热元件331位于电加热腔33远离中心流道的一侧，隔热绝缘体334位于电加热腔33靠近中心流道的一侧，传感器存储腔34内从上至下依次安装有位置传感器341、井径测量仪342、压力传感器343。电加热腔33和传感器存储腔34上均设置有为电加热组件332和传感器组件提供能量和传输井下数据传输电缆32接口，
41.连续油管作业系统4包括连续油管41、井下动力装置42和连续油管钻头43，连续油管41与井下动力装置42连接，短节本体21上端设有公接头，短节本体21通过公接头与井下动力装置42螺纹连接，短节本体21下端设有母接头，短节本体21通过母接头与井下测量短节31螺纹连接，连续油管钻头43连接于井下测量短节31远离清蜡除垢短节2一侧。
42.地面监测控制系统1包括数据采集模块12和数据处理模块11，数据采集模块12和数据处理模块11安装在连续油管作业车上。
43.一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具的使用方法，包括如下步骤：
44.步骤一，在现有连续油管作业系统4中安装工具的地面监测控制系统1；组装工具清蜡除垢短节2，使工具导流孔251与固定导流腔26处于未连通状态；
45.步骤二，组装工具清蜡除垢短节2与井下测量短节31形成工具管串，将工具管串连
接与连续油管作业系统的井下动力装置42连接，同时连接工具的传输电缆32和连续油管作业系统电缆；工具管串下端安装钻头43，形成完整的入井管柱；
46.步骤三，接通电源开启地面监测控制系统1，开启连续油管作业系统4，利用连续油管作业系统4下放作业管柱；
47.步骤四，井下测量短节31的传感器存储腔34开始工作，测量作业井内油管5的内径、压力及工具管串所在位置等信息，传感器存储腔34中位置传感器341、井径测量仪342、压力传感器343获得数据通过传输电缆32上传至地面监测控制系统1；
48.步骤五，地面作业人员对比井下上传数据与作业井原始资料，若井下测量短节31测得油管5内径小于作业井原始油管5内径，则判断该位置处的油管5存在结蜡结垢现象；
49.步骤六，地面作业人员通过地面监测控制装置1下达指令，开启井下测量短节31中的电加热组件332，开始加热；热量通过导热原件331传递至油管壁，对附着在油管壁上的石蜡和结垢进行加热，使石蜡和结垢软化。同时开启旋转导流驱动装置29，驱动与之相连旋转导流装置25旋转，当旋转导流装置25上的导流孔251与固定导流腔26连通时，关闭旋转导流驱动装置29电源，保持导流孔251与固定导流腔26处于连通状态；此时在修井液的压力作用下，自适应清蜡装置28的液压滑板281克服复位弹簧284的阻力向外移动，在液压滑杆282的作用下带动刮蜡翼肋283向外推出与油管内壁接触；由于清蜡除垢短节2与井下动力装置42连接，始终处于旋转状态，因此刮蜡翼肋283上的硬质合金切削片2831不断地旋转切削附着在油管壁上的石蜡和结垢物；此外，由于液压滑板281向外移动，侧向清蜡喷嘴211与修井液连通，开始向外喷射流体，冲洗油管内壁附着或被刮除的石蜡和结构物，形成辅助清蜡效应；
50.步骤七，当井下测量短节31测得井下数据与作业井原始数据一致时，认为该位置处清蜡除垢作业已完成；地面作业人员下达指令，关闭电加热组件332；开启旋转导流驱动装置29，驱动旋转导流装置25旋转，当导流孔251与固定导流腔26之间的连通切断后，关闭旋转导流驱动装置29；此时自适应清蜡装置28的液压滑板281在复位弹簧284的作用下向短节本体21轴向方向移动，从而带动刮蜡翼肋283贴近短节本体；当液压滑板281恢复到初始位置时，侧向清蜡喷嘴211流道关闭。
51.步骤八，继续下放管柱，重复步骤六和步骤七，即可完成全井筒的清蜡除垢作业
52.本发明提供的一种基于连续油管系统的智能清蜡除垢工具及使用方法，具有以下优势：
53.(1)本发明通过设置地面监测控制系统1能够准确的确定某一深度处油管5的直径并将相关数据传输至地面，通过地面监测控制系统1分析判断该深度是否存在结蜡、结垢；若存在结蜡结垢现象，则地面监测控制系统1发出指令控制清蜡除垢短节2及井下测量短节31进行工作，从而实现进行定点清除，避免清蜡除垢作业对作业人员经验的依赖，提高作业精度和作业效率，实现油井清蜡除垢智能化。
54.(2)本发明的自适应清蜡系统利用修井液的压力实现刮蜡翼肋283的自动伸出或收缩，能够匹配不同内径油管5的清蜡除垢作业，降低了对地面设备的要求，节约作业成本；同时刮蜡翼肋283上的硬质合金切削片2831及侧向清蜡喷嘴211能够刮除、清洗附着在油管5上的石蜡或结垢，有效实现清蜡除垢且效率高。
55.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
56.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。